(57)【要約】【課題】安定した特性を有する埋込型の窒化物半導体レーザ装置、及びその製造方法を提供することにある。【解決手段】窒化物半導体レーザ装置１０は、ｎ型クラッド層１１とｐ型クラッド層１３で挟持された活性層１２と、活性層１２への電流を狭窄するための開口部を有する電流狭窄層１４を備えた埋込構造となっている。この埋込構造において、電流狭窄層１４の開口部を覆うように、電流狭窄層１４上に、ｐ型不純物が添加されたＩｎを含む窒化物半導体層（ＩｎＧａＮ層、ＡｌＩｎＧａＮ層）からなる再成長層１５が形成されている。【選択図】図４
2007258673.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
クラッド層で挟持された活性層と、該活性層への電流を狭窄するための開口部を有する電流狭窄層とを備えた窒化物半導体レーザ装置であって、
前記電流狭窄層の開口部を覆うように、前記電流狭窄層上に再成長層が形成されており、
前記再成長層は、ｐ型不純物が添加されたＩｎを含む窒化物半導体層からなることを特徴とする、窒化物半導体レーザ装置。
【請求項２】
前記Ｉｎを含む窒化物半導体層は、ＩｎＧａＮまたはＡｌＩｎＧａＮからなることを特徴とする、請求項１に記載の窒化物半導体レーザ装置。
【請求項３】
前記再成長層は、前記Ｉｎを含む窒化物半導体層の下に、ＧａＮまたはＡｌＧａＮからなる薄膜が形成された多層膜で構成されていることを特徴とする、請求項１に記載の窒化物半導体レーザ装置。
【請求項４】
前記電流狭窄層は、Ｎ型不純物がドープされたＧａＮまたはＡｌＧａＮからなることを特徴とする、請求項１に記載の窒化物半導体レーザ装置。
【請求項５】
前記電流狭窄層の屈折率は、前記再成長層の屈折率よりも小さいことを特徴とする、請求項１に記載の窒化物半導体レーザ装置。
【請求項６】
前記再成長層は、前記クラッド層の一部を構成していることを特徴とする、請求項１に記載の窒化物半導体レーザ装置。
【請求項７】
前記電流狭窄層の開口部に埋設された前記再成長層のうち、前記開口部側面に隣接する領域がｎ型化されており、該ｎ型化領域の幅が、前記開口部に埋設された前記再成長層のうちｎ型化されていない領域の幅の１０％以下であることを特徴とする、請求項１に記載の窒化物半導体レーザ装置。
【請求項８】
クラッド層で挟持された活性層と、該活性層への電流を狭窄するための開口部を有する電流狭窄層とを備えた窒化物半導体レーザ装置であって、
前記電流狭窄層の開口部を覆うように、前記電流狭窄層上にｐ型不純物が添加された窒化物半導体からなる再成長層が形成され、
前記電流狭窄層の開口部に埋設された前記再成長層のうち、前記開口部側面に隣接する領域がｎ型化されており、該ｎ型化領域の幅が０．１５μｍ以下であることを特徴とする、窒化物半導体レーザ装置。
【請求項９】
クラッド層で挟持された活性層と、該活性層への電流を狭窄するための開口部を有する電流狭窄層とを備えた窒化物半導体レーザ装置の製造方法であって、
基板上にクラッド層で挟持された活性層を形成する工程と、
前記クラッド層上に電流狭窄層を形成する工程と、
前記電流狭窄層の一部をエッチングして、前記活性層への電流を狭窄するための開口部を形成する工程と、
前記電流狭窄層の開口部を覆うように、前記電流狭窄層上に再成長層を形成する工程とを含み、
前記再成長層は、ｐ型不純物が添加されたＩｎを含む窒化物半導体層からなることを特徴とする、窒化物半導体レーザ装置の製造方法。
【請求項１０】
前記再成長層を形成する工程は、
前記電流狭窄層の開口部を覆うように、前記電流狭窄層上にＧａＮまたはＡｌＧａＮからなる薄膜を形成する第１の工程と、
前記薄膜上にｐ型不純物が添加されたＩｎを含む窒化物半導体層を形成する第２の工程とを含むことを特徴とする、請求項９に記載の窒化物半導体レーザ装置の製造方法。
【請求項１１】
前記Ｉｎを含む窒化物半導体層は、ＩｎＧａＮまたはＡｌＩｎＧａＮからなることを特徴とする、請求項９に記載の窒化物半導体レーザ装置の製造方法。
【請求項１２】
クラッド層で挟持された活性層と、該活性層への電流を狭窄するための開口部を有する電流狭窄層とを備えた窒化物半導体レーザ装置の製造方法であって、
基板上にクラッド層で挟持された活性層を形成する工程と、
前記クラッド層上に電流狭窄層を形成する工程と、
前記電流狭窄層の一部をエッチングして、前記活性層への電流を狭窄するための開口部を形成する工程と、
前記電流狭窄層の開口部を覆うように、前記電流狭窄層上にｐ型不純物が添加された窒化物半導体層からなる再成長層を形成する工程とを含み、
前記再成長層を形成する工程は、
前記窒化物半導体層の横方向の成長が遅い第１の成長温度で堆積を行う第１の工程と、
前記窒化物半導体層の成長が結晶性の良い第２の成長温度で堆積を行う第２の工程とを含むことを特徴とする、窒化物半導体レーザ装置の製造方法。
【請求項１３】
前記第１の成長温度が、前記第２の成長温度よりも低温であることを特徴とする、請求項１２に記載の窒化物半導体レーザ装置の製造方法。
【請求項１４】
前記電流狭窄層の開口部に埋設された前記再成長層のうち、前記開口部側面に隣接する領域がｎ型化されており、該ｎ型化領域の幅が、前記開口部に埋設された前記再成長層のうちｎ型化されていない領域の幅の１０％以下であることを特徴とする、請求項９または１２に記載の窒化物半導体レーザ装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は窒化物半導体レーザ装置及びその製造方法に関し、特に、埋込型の電流狭窄構造を有する窒化物半導体レーザ装置及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、窒化ガリウム（ＧａＮ）を代表とし、一般式がＩｎXＧａYＡｌ1-X-YＮ（０≦Ｘ≦１、０≦Ｙ≦１、Ｘ＋Ｙ≦１）で表されるIII族元素であるアルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）及びインジウム（Ｉｎ）と、Ｖ族元素である窒素（Ｎ）とからなるIII-Ｖ族窒化物系化合物半導体、いわゆる窒化物半導体（以下、ＧａＮ系半導体という）が注目を集めている。例えば、光デバイスに関しては窒化物半導体を用いた発光ダイオード（ＬＥＤ）が、大型ディスプレイ装置及び信号機等において用いられている。また、窒化物半導体を用いたＬＥＤと蛍光体を組み合わせた白色ＬＥＤも一部商品化されており、将来的に発光効率が改善されれば、現状の照明装置に置き換わることも期待されている。
【０００３】
また、窒化物半導体を用いた青紫色半導体レーザ装置も非常に盛んに研究開発が行われている。青紫色半導体レーザ装置は、従来のＣＤ及びＤＶＤ等の光ディスクに用いられている赤色域や赤外域の光を発光する半導体レーザ装置と比べて、光ディスク上におけるスポット径を小さくすることが可能であるため、光ディスクの記録密度を向上させることが可能である。
【０００４】
現在、実用化されている青紫色半導体レーザ装置は、図８に示すようなリッジ構造を採用している。この構造では、ドライエッチングによりリッジ１０１が形成され、リッジ幅およびリッジ深さを調整することによって、横モードの制御が行われる。
【０００５】
しかしながら、このリッジ構造においては、リッジ１０１上に電極１０２を形成する必要があるため、電極面積幅が制限される。また、リッジ１０１をドライエッチングにより形成するため、リッジ深さにバラツキが生じ、その結果、横モード特性にバラツキが生じる。このような構造上及び製造上の問題から、十分な性能をもった信頼性のある青紫色半導体レーザ装置を歩留まり良く得るには至っていない。
【０００６】
一方、図９に示すような埋込型のレーザ装置は、ＧａＡｓ系の半導体レーザ装置では採用されているが、ＧａＮ系の半導体レーザ装置では未だ採用に至っていない。これは、ＧａＮ系半導体を低ダメージで安定してエッチングを行うことが困難であることに起因する。一般的なＧａＮ系材料の加工方法はドライエッチであるが、電流狭窄層１０３に開口部１０４を形成する際、ドライエッチングを用いるとその近傍部分にダメージが生じ、デバイス特性が劣化する。また、低ダメージなエッチング方法として一般的にはウェットエッチング技術もあるが、ＧａＮ系材料に対する再現性の良いウェットエッチング技術は確立されていない。そのようなＧａＮ系半導体の加工技術に加えて、ＧａＮ系半導体は結晶成長が難しく、電流狭窄層１０３に開口部１０４を形成した後、良質な結晶性を有するクラッド層１０６を再成長させることが困難であることも、採用に至らない理由の一つと考えられる。
【０００７】
しかしながら、埋込構造は、横モード特性に影響を与えるＩｎＧａＮ活性層から電流狭窄層１０３までの距離を精度よく制御することができる点や、広いコンタクト電極面積を実現できるため直列抵抗を低減できることなどから、リッジ構造に比べて、性能及び信頼性の面で有利な点も多い。
【０００８】
そこで、上記の埋込構造におけるＧａＮ系半導体に固有の問題を解決するための技術がいくつか提案されている。
【０００９】
特許文献１には、ＧａＮ系半導体のエッチング選択比を上げて、電流狭窄層の開口部のエッチングの再現性を向上させる技術が記載されている。すなわち、結晶性のクラッド層の上に非晶質の電流狭窄層を形成した後、当該電流狭窄層の一部をリン酸含有液を用いたウエットエッチングによりエッチングし、然る後高温熱処理を行うことによって、非晶質の電流狭窄層を結晶化するというものである。
【００１０】
この技術によれば、非晶質である電流狭窄層をエッチングする際、非晶質層と結晶層とのエッチング比が大きいことを利用して、下地の結晶性を有するクラッド層をエッチング阻止膜とすることができ、これにより、電流狭窄層のエッチング加工を制御良く行うことができる。
【００１１】
しかしながら、非晶質の電流狭窄層に開口部を形成した後、当該非晶質層を高温熱処理を行って結晶化するといっても、上述したように、ＧａＮ系半導体の結晶成長は難しく、高温熱処理で得られた再結晶層は、必ずしも良質であるとはいえない。また、このような結晶性の低い電流狭窄層上にさらに再成長層を形成しても、結晶性のよい再成長層を得ることは難しい。
【００１２】
特許文献２には、クラッド層と電流狭窄層との間に、エッチング阻止層となる再蒸発層を形成することによって、下地のクラッド層をエッチングすることなく電流狭窄層に開口部を形成する技術が記載されている。ここで、電流狭窄層の開口部に露出した再蒸発層は、電流狭窄層に開口部を形成した後、熱処理を行って蒸発させることによって、選択的に除去される材料が選ばれる。この再蒸発層を蒸発する工程は、ＭＯＣＶＤ装置内で行うことができるので、露出した下地のクラッド層を大気に晒すことなく、清浄な表面を維持した状態で、蒸発工程に引き続き、再成長層の形成を行うことができるため、結晶性のよい再成長層を得ることができる。
【特許文献１】特開２００３−７８２１５号公報
【特許文献２】特開平１０−９３１９９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
特許文献２に記載されたような技術を用いることによって、電流狭窄層の加工性や、再成長層の結晶性の向上を図ることはできるが、高い性能、信頼性を有するＧａＮ系半導体レーザを得るには至らず、未だ埋込構造のＧａＮ系半導体レーザが実用化されていないのが現状である。
【００１４】
ところで、本願発明者は、埋込構造の本質的な性能の優位性に着目して、電流狭窄層の開口部を制御良く形成できる方法を検討していたところ、以下のような方法を見出し、かかる方法について特許出願（特願２００５−２５３８２４）を行っている。
【００１５】
この方法は、ＧａＮ基板上にクラッド層で挟持された活性層を形成した後、クラッド層上に電流狭窄層を形成して、当該電流狭窄層に開口部を形成する際、ＧａＮ基板の裏面（Ｖ族面）をエッチング溶液から保護した状態で、電流狭窄層の表面（III族面）を光電気化学（ＰＥＣ；Photoelectrochemical）エッチングと呼ばれる方法でウエットエッチングするというものである。
【００１６】
ここで、ＰＥＣエッチングとは、ＧａＮ基板を電解液に浸して、外部から紫外線を被エッチング対象（この場合、電流狭窄層）に照射しながら行うもので、紫外線照射により電流狭窄層表面に発生した正孔により、電流狭窄層の溶解反応が生じることによってエッチングが進行する。
【００１７】
本願発明者は、紫外線を照射して発生した正孔が、ＧａＮ系半導体のＶ族面に移動してしまう性質があり、そのため、III族面のエッチングが進行しないという現象を見出した。そして、電流狭窄層（III族面）のエッチングが安定しないのは、この現象が原因と考え、ＧａＮ基板の裏面（Ｖ族面）をエッチング溶液から保護した状態で、電流狭窄層のエッチングを行ったところ、安定したエッチングを行うことができるようになった。
【００１８】
本願発明者は、このエッチング方法を適用することによって、埋込構造のＧａＮ系半導体レーザ装置を安定して得ることができるようになり、その結果、半導体レーザ装置の特性を再現性よく評価することが可能になった。
【００１９】
このような状況下において、埋込構造のＧａＮ系半導体レーザ装置の特性を評価していたところ、同じ構造にもかかわらず、レーザ発振の閾値電流が設計値から大きく外れる試料があることに気が付いた。
【００２０】
通常、作成した試料の出来上がり構造を確認するために、試料の断面を電子顕微鏡で観察することがよく行われる。図１（ａ）は、閾値電流が設計値から大きく外れた試料の電子顕微鏡による断面写真を示したもので、図１（ｂ）は、それを模式的に示した図である。
【００２１】
図１（ｂ）に示すように、ｐ型ＧａＮガイド層１上に、開口部４が設けられたｎ型ＡｌＧａＮ電流狭窄層２が形成され、その上にｐ型ＧａＮガイド層３が形成されているのが分かる（注：本試料は、クラッド層と活性層の間にガイド層を設けた構造になっている）。
【００２２】
ところで、このような断面構造を電子顕微鏡で観察するためには、反射電子を検出して、結晶の組成の違いによるコントラストを見ることによって行われるが、２次電子を検出することによって、各層の導電性の違いをコントラストで見ることもできる。
【００２３】
本願発明者が、図１（ａ）と同じ領域における２次電子を検出したところ、図１（ｃ）に示すような２次電子像が観察された。図１（ｄ）は、それを模式的に示した図である。
【００２４】
図１（ａ）、（ｂ）と図１（ｃ）、（ｄ）を比較すると、組成の違いによる境界（矢印Ａ）と、導電性の違いによる境界（矢印Ｂ）にズレが生じていることが分かった。これは、ｐ型の導電性であるべきＧａＮガイド層３において、電流狭窄層２の開口部４の側面に接する領域が、一定の幅でｎ型の導電性あるいは高抵抗層に変化していることを意味する。
【００２５】
このようなｎ型化現象の起きる原因は明らかでないが、ｐ型ＧａＮガイド層３が再成長する際、開口部４の側面からの成長層がｎ型不純物を取り込みやすい、あるいは、ドナーとして作用する欠陥が発生しやすいことが要因として考えられる。
【００２６】
これをさらに検証するために、ｎ型の導電性に変化している領域（以下、ｎ型化領域という）の幅の異なる試料に対して、ｐ型ＧａＮガイド層３の成長温度を変えて、得られた試料のレーザ発振閾値電流を測定したところ、図２のグラフに示すような結果が得られた。横軸はｐ型ＧａＮガイド層３の成長温度を示し、縦軸はレーザ発振閾値電流の大きさを示す。図２のグラフから分かるように、成長温度が１１００℃を越えたあたりから閾値電流が増加し始めていることが分かる。
【００２７】
各成長温度で形成した試料について、電子顕微鏡で反射電子像及び２次電子像を観察することによって、ｎ型化領域の幅を測定した結果を、図２のグラフの横軸（上側）にプロットしてみると、閾値電流の増加が、ｎ型化領域の幅と関係していることが分かった。すなわち、ｎ型化領域の幅が０．１５μｍを越えたあたりから、閾値電流が増加する傾向がはっきりと見られた。
【００２８】
この現象は、次のように理解することができる。すなわち、図３に示すように、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層５からの電流は、ｎ型化が生じていないｐ型ＧａＮガイド層３に狭窄されて、その下方に位置する活性層（不図示）に流れることによって、活性層は発光し、大きな利得が得られる。一方、ｎ型化領域６からｎ型ＡｌＧａＮ電流狭窄層２の下方に位置する活性層には電流がほとんど流れないため、活性層は吸収層として作用する。横方向の光閉じ込めは、ｎ型ＡｌＧａＮ電流狭窄層２とｐ型ＧａＮガイド層３との屈折率の差で行うため、吸収が生じる領域に高い割合で光が分布する。そのため、レーザ発振閾値電流が増加したと考えられる。
【００２９】
なお、ｎ型化領域の幅が広がり、実質的な電流導波幅が狭くなると、その領域での抵抗成分が大きくなることから、電気的特性が劣化する原因ともなる。
【００３０】
このような予期せぬｎ型化は、いろいろな要因がからんで起きる現象と考えられるので、ｎ型化現象を認識せずに、半導体レーザの構造設計やプロセス設計を行っていると、電流閾値等の電気特性の予期せぬバラツキ、あるいは変動を起こすおそれがある。
【００３１】
本発明は、かかる知見に基づきなされたもので、安定した特性を有する埋込型の窒化物半導体レーザ装置、及びその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００３２】
本発明に係わる窒化物半導体レーザ装置は、クラッド層で挟持された活性層と、該活性層への電流を狭窄するための開口部を有する電流狭窄層とを備えた窒化物半導体レーザ装置であって、電流狭窄層の開口部を覆うように、電流狭窄層上に再成長層が形成されており、再成長層はｐ型不純物が添加されたＩｎを含む窒化物半導体層からなることを特徴とする。
【００３３】
上記構成によれば、電流狭窄層の開口部を覆う再成長層を、ｐ型不純物が添加されたＩｎを含む窒化物半導体層にすることによって、開口部の側面に接する領域がｎ型化するのを抑制することができる。これにより、安定した特性を有する埋込型の窒化物半導体レーザ装置を提供することが可能となる。
【００３４】
ここで、Ｉｎを含む窒化物半導体層は、ＩｎＧａＮまたはＡｌＩｎＧａＮからなることが好ましい。ＩｎＧａＮは、高濃度のｐ型不純物を取り込むことができるので、再成長層の形成時におけるｎ型化を抑制することができる。また、ＡｌＩｎＧａＮは、ＩｎＧａＮよりもバンドギャップが大きいので、ｎ型化を抑制するとともに、レーザ光の吸収を抑制することができ、レーザ特性の劣化を防止することができる。
【００３５】
また、再成長層は、Ｉｎを含む窒化物半導体層の下に、ＧａＮまたはＡｌＧａＮからなる薄膜が形成された多層膜で構成されていることが好ましい。Ｉｎを含む窒化物半導体層を形成する初期段階で、結晶性の優れたＧａＮからなる薄膜を形成しておくことによって、ｎ型化が抑制され、結晶性の優れた再成長層を形成することができる。また、Ｉｎを含む窒化物半導体層を形成する初期段階で、横方向の成長が少ないＡｌＧａＮからなる薄膜を形成しておくことによって、ｎ型化の抑制をさらに向上させることができる。
【００３６】
さらに、電流狭窄層は、Ｎ型不純物がドープされたＧａＮまたはＡｌＧａＮからなることが好ましい。Ｎ型の電流狭窄層とＰ型の再成長層とでＰＮ接合を形成することによって、電流狭窄の効果をより発揮させることができる。
【００３７】
なお、電流狭窄層の屈折率は、再成長層の屈折率よりも小さいことが好ましい。また、再成長層は、クラッド層の一部を構成していてもよい。
【００３８】
また、電流狭窄層の開口部に埋設された再成長層のうち、開口部側面に隣接する領域がｎ型化されており、ｎ型化領域の幅が、開口部に埋設された再成長層のうちｎ型化されていない領域の幅の１０％以下であることが好ましい。これにより、安定した特性を有する埋込型の窒化物半導体レーザ装置を提供することができる。
【００３９】
本発明に係わる窒化物半導体レーザ装置は、クラッド層で挟持された活性層と、該活性層への電流を狭窄するための開口部を有する電流狭窄層とを備えた窒化物半導体レーザ装置であって、電流狭窄層の開口部を覆うように、電流狭窄層上にｐ型不純物が添加された窒化物半導体からなる再成長層が形成され、電流狭窄層の開口部に埋設された再成長層のうち、開口部側面に隣接する領域がｎ型化されており、該ｎ型化領域の幅が０．１５μｍ以下であることを特徴とする。
【００４０】
上記構成によれば、電流狭窄層の開口部に埋設された再成長層のうち、開口部側面に隣接して形成されたｎ型化領域の幅を０．１５μｍ以下にすることによって、安定した特性を有する埋込型の窒化物半導体レーザ装置を提供することができる。
【００４１】
本発明に係わる窒化物半導体レーザ装置の製造方法は、クラッド層で挟持された活性層と、該活性層への電流を狭窄するための開口部とを有する電流狭窄層を備えた窒化物半導体レーザ装置の製造方法であって、基板上にクラッド層で挟持された活性層を形成する工程と、クラッド層上に電流狭窄層を形成する工程と、電流狭窄層の一部をエッチングして、前記活性層への電流を狭窄するための開口部を形成する工程と、電流狭窄層の開口部を覆うように、電流狭窄層上に再成長層を形成する工程とを含み、再成長層は、ｐ型不純物が添加されたＩｎを含む窒化物半導体層からなることを特徴とする。
【００４２】
上記方法によれば、電流狭窄層の開口部を覆う再成長層を、ｐ型不純物が添加されたＩｎを含む窒化物半導体層にすることによって、開口部の側面に接する領域がｎ型化するのを抑制することができる。これにより、安定した特性を有する埋込型の窒化物半導体レーザ装置を提供することが可能となる。
【００４３】
ここで、再成長層を形成する工程は、電流狭窄層の開口部を覆うように、電流狭窄層上にＧａＮまたはＡｌＧａＮからなる薄膜を形成する工程と、該薄膜上にｐ型不純物が添加されたＩｎを含む窒化物半導体層を形成する工程とを含むことが好ましい。
【００４４】
また、Ｉｎを含む窒化物半導体層は、ＩｎＧａＮまたはＡｌＩｎＧａＮからなることが好ましい。
【００４５】
本発明に係わる窒化物半導体レーザ装置の製造方法は、クラッド層で挟持された活性層と、該活性層への電流を狭窄するための開口部を有する電流狭窄層とを備えた窒化物半導体レーザ装置の製造方法であって、基板上にクラッド層で挟持された活性層を形成する工程と、クラッド層上に電流狭窄層を形成する工程と、電流狭窄層の一部をエッチングして、活性層への電流を狭窄するための開口部を形成する工程と、電流狭窄層の開口部を覆うように、電流狭窄層上にｐ型不純物が添加された窒化物半導体層からなる再成長層を形成する工程とを含み、再成長層を形成する工程は、窒化物半導体層の横方向の成長が遅い第１の成長温度で堆積を行う第１の工程と、窒化物半導体層の成長が結晶性の良い第２の成長温度で堆積を行う第２の工程とを含むことを特徴とする。
【００４６】
上記方法によれば、再成長層を成長する初期段階で、横方向の成長が遅い第１の成長温度で堆積を行い、引き続き、結晶性がよい第２の成長温度で堆積を行う２段階の形成を行うことによって、開口部の側面に接する領域がｎ型化するのを抑制することができる。
【００４７】
なお、第１の成長温度は、第２の成長温度よりも低温であることが好ましい。また、電流狭窄層の開口部に埋設された再成長層のうち、開口部側面に隣接する領域がｎ型化されており、ｎ型化領域の幅が、開口部に埋設された再成長層のうちｎ型化されていない領域の幅の１０％以下であることが好ましい。
【発明の効果】
【００４８】
本発明に係わる窒化物半導体レーザ装置及びその製造方法によれば、電流狭窄層の開口部を覆う再成長層を、ｐ型不純物が添加されたＩｎを含む窒化物半導体層にすることによって、開口部の側面に接する領域がｎ型化するのを抑制することができる。これにより、安定した特性を有する埋込型の窒化物半導体レーザ装置を提供することが可能となる。
【００４９】
また、再成長層を、Ｉｎを含む窒化物半導体層の下に、結晶性のよいＧａＮからなる薄膜が形成された多層膜で構成することによって、ｎ型化が抑制され、結晶性の優れた再成長層を形成することができる。
【００５０】
さらに、再成長層を、Ｉｎを含む窒化物半導体層の下に、横方向の成長の少ないＡｌＧａＮからなる薄膜が形成された多層膜で構成することによって、ｎ型化の抑制をさらに向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５１】
以下に、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。以下の図面においては、説明の簡略化のため、実質的に同一の機能を有する構成要素を同一の参照符号で示す。なお、本発明は以下の実施形態に限定されない。
【００５２】
（第１の実施形態）
図４は、本発明の第１の実施形態における窒化物半導体レーザ装置の基本的な構成を模式的に示した断面図である。
【００５３】
窒化物半導体レーザ装置１０は、ｎ型クラッド層１１とｐ型クラッド層１３で挟持された活性層１２と、活性層１２への電流を狭窄するための開口部を有する電流狭窄層１４を備えた埋込構造となっている。この埋込構造において、電流狭窄層１４の開口部を覆うように、電流狭窄層１４上に、ｐ型不純物が添加されたＩｎを含む窒化物半導体層からなる再成長層１５が形成されている。
【００５４】
ここで、再成長層１５は、一般的には、ｐ型クラッド層の一部を構成するが、これに限定されず、半導体レーザ装置１０の特性に応じて種々の機能（例えばガイド層）をもたすことができる。
【００５５】
本発明において、再成長層１５の材料として、Ｉｎを含む窒化物半導体を選んだ理由は、従来、クラッド層またはガイド層として使用されていたＧａＮまたはＡｌＧａＮの材料に比べて、Ｉｎを含む窒化物半導体は、高濃度のｐ型不純物を取り込むことができるからである。すなわち、Ｉｎを含む窒化物半導体層に、ｎ型反転を起こさせない程度に高濃度な不純物を添加させておくことによって、再成長層１５の形成時における再成長層１５のｎ型化を有効に抑制することが可能となる。
【００５６】
ここで、Ｉｎを含む窒素化合物として、ＩｎＧａＮ、ＡｌＩｎＧａＮ等を用いることができる。なお、ＩｎＧａＮは、ＧａＮよりもバンドギャップが小さいことから、ＩｎＧａＮがレーザ光を吸収することによってレーザ特性を劣化させることが懸念される場合には、バンドギャップの大きいＡｌＩＮＧａＮを用いてもよい。
【００５７】
なお、ｎ型化現象は、再成長層１５を形成する初期段階、すなわち、電流狭窄層１４の開口部の側面からの横成長が起きる段階で生じるものと考えられる。そこで、再成長層１５を形成する初期段階において、横方向の成長が少ないＡｌＧａＮからなる薄膜をまず形成しておき、その上に、ｎ型化を抑制するＩｎを含む窒化物半導体層を形成するようにしてもよい。再成長層１５をこのような多層膜で構成することによって、ｎ型化をさらに抑制することができる。
【００５８】
また、再成長層１５は、本来の機能（クラッド層、ガイド層等）を発揮するためには、結晶性が良くなければならない。そこで、Ｉｎを含む窒化物半導体層を形成する初期段階で、結晶性の優れたＧａＮからなる薄膜をまず形成しておき、その上に、ｎ型化を抑制するＩｎを含む窒化物半導体層を形成するようにしてもよい。再成長層１５をこのような多層膜で構成することによって、ｎ型化が抑制され、しかも結晶性の優れた再成長層１５を形成することができる。
【００５９】
なお、本発明において、電流狭窄層１４の材料は特に限定されないが、電流狭窄の効果をより発揮させるために、電流狭窄層１４を、Ｎ型不純物がドープされたＧａＮ層またはＡｌＧａＮ層で構成することが好ましい。Ｎ型の電流狭窄層とＰ型の再成長層とでＰＮ接合を形成することによって、電流狭窄の効果を高めることができるからである。
【００６０】
また、光閉じ込め効果を高めるために、電流狭窄層１４の屈折率を、再成長層１５の屈折率よりも小さくしておくことが好ましい。
【００６１】
次に、本発明に係わる窒化物半導体レーザ装置２０の具体的構成の一例を、図５を参照しながら説明する。
【００６２】
２インチＧａＮ基板２１上に、ｎ−ＧａＮ層２２、ｎ−Ａｌ0.06Ｇａ0.94Ｎクラッド層２３、ｎ−ＧａＮガイド層２４、ＩｎＧａＮ  ＭＱＷ活性層２５、ｐ−Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎオーバーフロー抑制層２６、ｐ−ＧａＮガイド層２７、ｎ−Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎ電流狭窄層２８が順に形成されている。
【００６３】
ｎ−Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎ電流狭窄層２８には開口部が形成され、開口部で露出したｐ−ＧａＮガイド層２７上、及びｎ−Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎ電流狭窄層２８上に、ｐ−ＩｎＧａＮガイド層２９、ｐ−ＡｌＧａＮクラッド層３０、ｐ−ＧａＮコンタクト層３１が再成長されている。そして、ｐ−ＧａＮコンタクト層３１上にｐ型電極３２、ＧａＮ基板２１の成長層が形成されていない面にｎ型電極３３がそれぞれ形成されている。
【００６４】
ここで、電流はｐ−ＩｎＧａＮガイド層２９を通じて流れ、ＭＱＷ活性層２５からは波長４０５ｎｍの光が出射される。また、活性層２５に平行方向の光閉じ込めは、ｎ−Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎ電流狭窄層２８とｐ−ＩｎＧａＮガイド層２９との屈折率差で行われる。
【００６５】
なお、本実施形態においては、再成長層として、Ｉｎを含む窒化物半導体層を用いたが、Ｉｎを含まない窒化物半導体層（例えば、ＧａＮ層又はＡｌＧａＮ層）を用いた場合でも、図２に示すように、電流狭窄層の開口部に埋設された再成長層のうち、開口部側面に隣接して形成されたｎ型化領域の幅を０．１５μｍ以下にすることによって、安定した特性を有する埋込型の窒化物半導体レーザ装置を提供することができる。例えば、再成長層としてＧａＮ層を形成する場合、図２に示すように、通常の成長温度（１１００℃〜１１３０℃）よりも低い温度（１０５０℃〜１０８０℃）でＧａＮ層を形成することによって、ｎ型化領域の幅を、０．１５μｍ以下に抑制することができる。
【００６６】
また、図６は、図３に示した構造において、電流狭窄層２の開口部に埋設された再成長層３のうち、ｎ型化されていない領域の幅（Ｗ）に対するｎ型化領域６の幅（Ｌ）の割合（Ｌ／Ｗ）を変化させたときの、レーザ発振閾値電流の大きさをシミュレーションにより算出した結果を示したグラフである。Ｗ＝１．２μｍ、１．５μｍの両方の場合において、Ｌ／Ｗが１０％を越えると、レーザ発振閾値電流の大きさが増加することが分かる。従って、安定した特性を有する窒化物半導体レーザ装置を得るには、Ｌ／Ｗが１０％以下であることが好ましい。
【００６７】
（第２の実施形態）
図７（ａ）〜（ｄ）は、本発明の第２の実施形態における窒化物半導体レーザ装置の製造方法を模式的に示した工程断面図である。
【００６８】
まず、図７（ａ）に示すように、２インチＧａＮ基板２１上に、ｎ−ＧａＮ層２２、ｎ−Ａｌ0.06Ｇａ0.94Ｎクラッド層２３、ｎ−ＧａＮガイド層２４、ＩｎＧａＮ  ＭＱＷ活性層２５、ｐ−Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎオーバーフロー抑制層２６、ｐ−ＧａＮガイド層２７、ｎ−Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎ電流狭窄層２８を順に形成する。
【００６９】
次に、図７（ｂ）に示すように、ｎ−Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎ電流狭窄層２８の一部をエッチングによって除去する。ここで、上述したＰＥＣエッチングを適用することによって、下地のｐ−ＧａＮガイド層２７を除去することなく、安定したエッチングを行うことができる。なお、このとき、ＧａＮ基板２１の底面に酸化膜等の保護膜（不図示）を形成しておく。
【００７０】
次に、図７（ｃ）に示すように、ｎ−Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎ電流狭窄層２８上に、ｐ−ＩｎＧａＮガイド層２９、ｐ−ＡｌＧａＮクラッド層３０、ｐ−ＧａＮコンタクト層３１を再成長させる。
【００７１】
最後に、図７（ｄ）に示すように、窒素雰囲気中で７８０℃、２０分の活性化アニールを行い、ｐ型層をより低抵抗化する。その後、ｐ型コンタクト層３１上にｐ型電極３２を形成する。ｐ型電極３２としては、ＮｉあるいはＰｄを含む多層膜が好ましい。続いて、ＧａＮ基板２１のＶ族面側に対して研磨を行い、ＧａＮ基板２１を薄膜化した後、研磨した面にｎ型電極３３を形成する。ｎ型電極３３としては、ＴｉあるいはＶを含む多層膜が好ましい。
【００７２】
以上、本発明を好適な実施形態により説明してきたが、こうした記述は限定事項ではなく、勿論、種々の改変が可能である。例えば、第２の実施形態において、再成長層として、Ｉｎを含む窒化物半導体層を用いたが、Ｉｎを含まないＧａＮ層やＡｌＧａＮ層を用いた場合でも、再成長層を２段階の成長温度で形成することによって、ｎ型化を有効に抑制することも可能である。すなわち、図２に示すように、再成長層を形成する初期段階で、通常の成長温度よりも低い温度（横方向成長が遅い温度）で第１段階の成長を行い、その後、通常の成長温度（結晶性がよい温度）で第２の段階の成長を行うことによって、ｎ型化が抑制し、しかも良質な結晶性を有する再成長層を形成することができる。
【産業上の利用可能性】
【００７３】
本発明によれば、安定した特性を有する埋込型の窒化物半導体レーザ装置、及びその製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】（ａ）〜（ｄ）は、本発明に係わる窒化物半導体レーザ装置の課題を説明する顕微鏡写真及びその模式図である。
【図２】本発明の課題に係わるレーザ発振閾値電流のグラフである。
【図３】本発明の課題に係わるｎ型化現象を説明する模式図である。
【図４】本発明の第１の実施形態における窒化物半導体レーザ装置の構成を模式的に示した断面図である。
【図５】本発明の第１の実施形態における窒化物半導体レーザ装置の具体的構成を示した断面図である。
【図６】本発明における窒化物半導体レーザ装置のレーザ発振閾値電流のグラフである。
【図７】（ａ）〜（ｄ）は、本発明の第２の実施形態における窒化物半導体レーザ装置の製造方法を模式的に示した工程断面図である。
【図８】従来のリッジ構造を有する窒化物半導体レーザ装置の構成を示す断面図である。
【図９】従来の埋込構造を有する窒化物半導体レーザ装置の構成を示す断面図である。
【符号の説明】
【００７５】
１      ｐ型ＧａＮガイド層
２      ｎ型ＡｌＧａＮ電流狭窄層
３      ｐ型ＧａＮガイド層
４      開口部
５      ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層
６      ｎ型化領域
１０    窒化物半導体レーザ装置
１１    ｎ型クラッド層
１２    活性層
１３    ｐ型クラッド層
１４    電流狭窄層
１５    再成長層
２０    窒化物半導体レーザ装置
２１    ＧａＮ基板
２２    ｎ−ＧａＮ層
２３    ｎ−Ａｌ0.06Ｇａ0.94Ｎクラッド層
２４    ｎ−ＧａＮガイド層
２５    ＩｎＧａＮ  ＭＱＷ活性層
２６    ｐ−Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎオーバーフロー抑制層
２７    ｐ−ＧａＮガイド層
２８    ｎ−Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎ電流狭窄層
２９    ｐ−ＩｎＧａＮガイド層
３０    ｐ−ＡｌＧａＮクラッド層
３１    ｐ−ＧａＮコンタクト層
３２    ｐ型電極
３３    ｎ型電極
１０１  リッジ
１０２  電極
１０３  電流狭窄層
１０４  開口部
１０５、１０６  ｐ−ＡｌＧａＮクラッド層
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１】
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